世界是并行的。人是并行的。計(jì)算機(jī)是并行的。為什么要把我們自己限制在順序編程語言中呢？”

Jeff Kodosky是NI LabVIEW軟件之父，他在幾年前一年一度的NIWeek會(huì)議上提出了這個(gè)問題。在您閱讀這篇文章的時(shí)候，您的大腦正在同時(shí)處理多個(gè)并行操作，例如圖像采集、視覺特征識(shí)別、文字解析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)動(dòng)控制功能——所有這些事情的進(jìn)行同時(shí)還維持著重要的生命機(jī)能，包括呼吸、將血液送到全身、產(chǎn)生能量等等。這些關(guān)鍵技能中有一部分需要自己有意識(shí)的思考，但是大部分并不需要。

相似的，您現(xiàn)在創(chuàng)建的測(cè)量與控制系統(tǒng)也可以同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)。計(jì)算領(lǐng)域的工程創(chuàng)新引進(jìn)了許多建立更高效并行系統(tǒng)所需的關(guān)鍵技術(shù)：多核處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）和無線通信。使用這些傳統(tǒng)工具利用這些關(guān)鍵技術(shù)并不十分容易；但是，如果在應(yīng)用中使用這些技術(shù)，就可以獲得性能更高的系統(tǒng)，提高測(cè)量與自動(dòng)化系統(tǒng)的吞吐量，降低成本。LabVIEW的最新版本8.6為您提供了使用下一代并行技術(shù)所需的工具，從多核處理器到高性能FPGA直至無線設(shè)備。

[+] Enlarge Image

 圖1：NI機(jī)器視覺開發(fā)模塊的例如圖像卷積函數(shù)等多個(gè)圖像處理函數(shù)現(xiàn)在能夠自動(dòng)分配到多個(gè)核心進(jìn)行處理。

在桌面上進(jìn)行多核超級(jí)計(jì)算

在世界最頂級(jí)的500臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（www.top500.org）的最新排名中，有77％使用了多核處理器簇，而在2007年這個(gè)數(shù)字只有22％。這些超級(jí)計(jì)算機(jī)和您現(xiàn)在PC中使用的多核處理器是相同的。當(dāng)然，要充分利用這些超級(jí)計(jì)算機(jī)需要編寫專用的軟件。幸運(yùn)的是，LabVIEW的設(shè)計(jì)就已經(jīng)考慮了并行處理，對(duì)多任務(wù)處理的支持已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)10多年。

圖2：LabVIEW 8.6為FPGA編程提供了強(qiáng)大的算法工程平臺(tái)，包含了交互式用戶界面、大型分析庫(kù)以及到實(shí)時(shí)硬件原型上的快速移植。

LabVIEW 8.6是基于現(xiàn)有的多核兼容性而編寫的，大大提高了利用多核處理所能夠獲得的性能。在LabVIEW 8.6中超過1200個(gè)數(shù)學(xué)和信號(hào)處理庫(kù)中的函數(shù)已經(jīng)為多核系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化；此外，新型的高級(jí)緩存連續(xù)技術(shù)能夠進(jìn)一步提高性能。這樣使得對(duì)CPU核心的使用更為高效。舉例來說，相對(duì)于單核系統(tǒng)而言，一個(gè)運(yùn)行在八核系統(tǒng)上的基準(zhǔn)測(cè)試程序運(yùn)行快了6.6倍。LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊也使用了多核處理器，執(zhí)行并行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模塊快了5倍。NI機(jī)器視覺開發(fā)模塊中的多個(gè)圖像處理函數(shù)已經(jīng)為自動(dòng)將任務(wù)平分到多個(gè)核心中進(jìn)行了優(yōu)化。例如，圖像卷積函數(shù)的基準(zhǔn)測(cè)試在雙核系統(tǒng)上運(yùn)行快了高達(dá)15倍（見圖1）。這些新型特性為您的測(cè)量或控制系統(tǒng)提供了超級(jí)計(jì)算機(jī)級(jí)別的性能。

降低FPGA開發(fā)時(shí)間 

FPGA可能是現(xiàn)在并行能力最高的可編程計(jì)算硬件，為測(cè)量和控制系統(tǒng)提供了前所未有的性能和可靠性。但是，由于FPGA的開發(fā)困難重重，許多工程師不太愿意涉足FPGA編程。甚至算法設(shè)計(jì)專家在進(jìn)行定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的工作也覺得十分困難。LabVIEW提供了強(qiáng)大的算法工程平臺(tái)，使用交互式用戶界面、大型分析庫(kù)和與實(shí)時(shí)硬件原型的快速移植特性，滿足了這些挑戰(zhàn)的需求。LabVIEW 8.6擴(kuò)展了這些課題，解決了下面列出的最為常見的FPGA挑戰(zhàn)。

1、使用傳統(tǒng)的FPGA開發(fā)軟件需要數(shù)字設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)——使用LabVIEW直觀的數(shù)據(jù)流模型，您可以使用圖形化LabVIEW FPGA模塊，對(duì)FPGA進(jìn)行編程，而不必學(xué)習(xí)硬件描述語言（HDL）的復(fù)雜內(nèi)容。

2、FPGA代碼在執(zhí)行之前可能需要很長(zhǎng)的編譯周期——LabVIEW 8.6大大增強(qiáng)了FPGA開發(fā)和調(diào)試特性，您可以在無需編譯的情況下，在開發(fā)計(jì)算機(jī)上對(duì)FPGA和主機(jī)接口代碼進(jìn)行仿真。此外，現(xiàn)在您可以在無需修改FPGA代碼的情況下，通過仿真I/O信號(hào)為FPGA邏輯建立測(cè)試工作臺(tái)，在編譯之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。

如果您使用NI CompactRIO硬件，就可以利用LabVIEW 8.6中全新的CompactRIO掃描模式特性，無需對(duì)FPGA進(jìn)行編程，訪問實(shí)時(shí)處理器的I/O。有了這個(gè)全新選項(xiàng)，在您的應(yīng)用程序需要更高性能或是自定義行為時(shí)，可以選擇“全面開啟”FPGA。

3、將算法從軟件原型移植到硬件實(shí)現(xiàn)中十分困難——由于LabVIEW可以運(yùn)行在臺(tái)式機(jī)平臺(tái)和FPGA上，相對(duì)于使用傳統(tǒng)工具需要重寫算法而言，從臺(tái)式機(jī)到硬件的過渡十分平滑。LabVIEW 8.6中FPGA上的新增定點(diǎn)數(shù)據(jù)類型支持和例如快速傅立葉變換（FFT）函數(shù)等高級(jí)分析知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）使得這種過渡更加順利。

4、使用最新的FPGA硬件更新設(shè)計(jì)需要耗費(fèi)時(shí)間和資金——LabVIEW通過利用硬件抽象保護(hù)了您的開發(fā)投資，因此您可以使用全新硬件平臺(tái)，例如基于Xilinx Virtex-5 FPGA的NI R系列設(shè)備和NI單板RIO板卡專用可重復(fù)配置I/O（RIO）平臺(tái)，而無需對(duì)LabVIEW FPGA代碼進(jìn)行修改。

簡(jiǎn)化Wi-Fi測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

LabVIEW除了簡(jiǎn)化了在多核處理器和FPGA上的并行代碼開發(fā)之外，還通過為新型NI Wi-Fi數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備提供支持，簡(jiǎn)化了并行分布式測(cè)量的開發(fā)和部署。盡管很久之前LabVIEW就已經(jīng)為一系列插入式和有線總線的數(shù)據(jù)采集提供了支持，包括PCI、PXI、USB、LAN和GPIB，但是在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中無線技術(shù)的引進(jìn)卻慢了很多。這主要是因?yàn)閷?duì)可靠、安全、高性能無線系統(tǒng)的編程和部署相對(duì)更為復(fù)雜。隨著Wi-Fi（IEEE 802.11）在IT領(lǐng)域中普及以來，性能、可靠性和安全性已經(jīng)大大提高了這個(gè)技術(shù)能夠適用于包括數(shù)據(jù)采集在內(nèi)的關(guān)鍵任務(wù)的可行性。

對(duì)基于Wi-Fi的LabVIEW配置和數(shù)據(jù)采集步驟和對(duì)本地插入式USB設(shè)備的信號(hào)采集是相似的。兩者都使用相同的LabVIEW應(yīng)用程序接口（API）連接NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序，從而避免了在將Wi-Fi設(shè)備加入到現(xiàn)有有線或插入式NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)所需的代碼修改。在LabVIEW中進(jìn)行編程的時(shí)候，您可以使用NI數(shù)據(jù)采集助手，這是一個(gè)基于配置的向?qū)В�能夠幫助您定義測(cè)量，快速方便地通過Wi-Fi采集數(shù)據(jù)。LabVIEW 8.6中的數(shù)據(jù)采集助手和NI-DAQmx API使得將您的Wi-Fi系統(tǒng)從幾十個(gè)擴(kuò)展到上百個(gè)設(shè)備變得十分容易。現(xiàn)在您可以將LabVIEW 8.6和新型NI Wi-Fi數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序用于以下應(yīng)用領(lǐng)域：

1、用于預(yù)測(cè)維護(hù)的機(jī)器監(jiān)視——機(jī)器狀態(tài)監(jiān)視可以預(yù)防意外事故、優(yōu)化機(jī)器性能，并且降低修理時(shí)間和維護(hù)成本。使用LabVIEW和Wi-Fi振動(dòng)測(cè)量，可以大大減少與機(jī)器監(jiān)視相關(guān)的安裝和布線成本。Wi-Fi數(shù)據(jù)采集還簡(jiǎn)化了筆記本電腦和基于PC的移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)診斷系統(tǒng)的建立。

2、結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷監(jiān)視——結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)視包括通過負(fù)載、壓力和張力等主要指標(biāo)對(duì)建筑和橋梁的性能進(jìn)行評(píng)估。由于這些結(jié)構(gòu)尺寸較大，使用有線解決方案成本高昂，并且難于實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這些及其他動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試應(yīng)用而言，高帶寬的全新NI Wi-Fi數(shù)據(jù)采集設(shè)備是使用LabVIEW在線分析，進(jìn)行振動(dòng)和張力測(cè)量連續(xù)數(shù)據(jù)流傳送的理想選擇。

3、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)視——環(huán)境監(jiān)視的范圍包括土壤、水和空氣的完整度直至與溫度和濕度調(diào)節(jié)相關(guān)的服務(wù)器與易損品等重要資產(chǎn)的室內(nèi)儲(chǔ)藏。使用LabVIEW和Wi-Fi熱電偶和電壓測(cè)量，建立安裝與支持簡(jiǎn)單的無線遠(yuǎn)程監(jiān)督解決方案。

圖3：您可以在多種應(yīng)用中將新型Wi-Fi數(shù)據(jù)采集設(shè)備與LabVIEW一起使用，其中包括機(jī)器、診斷與環(huán)境監(jiān)視。

LabVIEW 8.6中的其他新特性

除了繼續(xù)引進(jìn)多核處理器、FPGA和Wi-Fi測(cè)量等最新并行技術(shù)之外，LabVIEW 8.6還包括了為長(zhǎng)期老用戶專門設(shè)計(jì)的新增特性和重要改進(jìn)。一個(gè)十分顯著的改變是通過LabVIEW平臺(tái)DVD套件所帶來的更好的用戶體驗(yàn)，它大大簡(jiǎn)化了LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)、附加模塊和工具包以及NI兼容設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝。在單一的對(duì)話框中，您可以安裝分布在多張DVD上的軟件，并且盡可能少地更換媒介。您還可以對(duì)DVD上所包含的您暫時(shí)并不擁有的軟件進(jìn)行30天的評(píng)估。

LabVIEW 8.6還包括了新增開發(fā)特性，可以提高工作效率，其中包括全新的程序框圖整理工具，只需要單擊鼠標(biāo)，就可以按照LabVIEW風(fēng)格指南中所給出的編程建議對(duì)程序框圖進(jìn)行大小改變和重新排列。我們知道LabVIEW選板隨著LabVIEW平臺(tái)的發(fā)展，變得越來越復(fù)雜，LabVIEW 8.6也引進(jìn)了快速放置功能，您可以使用可預(yù)測(cè)方式進(jìn)行選擇，對(duì)前面板和程序框圖對(duì)象進(jìn)行查找和放置。

世界是并行的，工程師和科學(xué)家必須能夠基于可響應(yīng)的軟件，開發(fā)測(cè)量與自動(dòng)化系統(tǒng)。LabVIEW 8.6可以充分利用多核處理器、FPGA以及Wi-Fi數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它提供了由其自身圖形化編程平臺(tái)所帶來的相同優(yōu)點(diǎn)——無論何如復(fù)雜都可以利用最新PC技術(shù)的能力。

– Michael Neal     

Michael Neal是一位LabVIEW產(chǎn)品經(jīng)理。他獲取了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的結(jié)構(gòu)工程學(xué)士學(xué)位和生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位。

– Gerardo Garcia     

Gerardo Garcia是一位LabVIEW實(shí)時(shí)與工業(yè)控制的部門經(jīng)理。他獲得了德州農(nóng)機(jī)大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。